I. Раздел первый. Исследование работы защит.

I.1. Исследование работы защиты от междуфазных замыканий и пергрузок

I .1.1. Краткие теоретические сведения

Защита электрических установок от коротких замыканий (КЗ) и перегрузок осуществляется с помощью различных устройств максимально-токовой защиты (МТЗ). Она может быть реализована на разной технической основе с двумя видами времятоковых характеристик: независимой или обратнозависимой. Для защиты ЛЭП напряжением 6-10 кВ в МП устройствах защиты применяется модуль трёхступенчатой ненаправленной МТЗ. Защита от междуфазных замыканий может работать в одно-, двух- и трёхфазном исполнениях. В общем случае в устройствеSPACмогут быть реализованы три ступени защиты: первая (I>>>), вторая (I>>) и третья (I>). Обычно первая ступень защиты используется как токовая отсечка, вторая – токовая отсечка с выдержкой времени, и третья в качестве защиты от перегрузки. Для третьей (чувствительной) ступени предусмотрены два варианта задания времятоковой характеристики: или независимая характеристика, или одна из пяти обратнозависимых характеристик. На Рис. I.1 приведены характеристики трёхступенчатой МТЗ для разных вариантов задания характеристик третьей ступени.

При втором варианте формирования характеристик (Рис. I.1,б) необходимо учитывать, что характеристика третьей ступени защиты может быть разного вида. Для этой ступени в современных микропроцессорных устройствах защиты предусмотрено четыре вида обратнозависимых характеристик, соответствующих стандартам МЭК (BS124.1966 иIEC255-4) [2]. Они отличаются степенью крутизны (инверсии) и имеют названия: инверсная, сильно инверсная, чрезвычайно инверсная и длительно инверсная.

а) б)

Рис. I.1 Характеристики трёхступенчатой МТЗ:

а) независимые для всех ступеней; б) с обратнозависимой для третьей ступени.

Зависимость времени срабатывания защиты от тока по этим характеристикам основывается на математическом выражении:

(I.1.1)

где t– время срабатывания в секундах;k– коэффициент времени, который определяет конкретную характеристику срабатывания;I– расчётный ток перегрузки или КЗ;I>- ток срабатывания максимально-токовой защиты (расчетный параметр); коэффициентыαиβ(табл.2.1) определяют вид характеристики, в зависимости от них изменяется степень инверсии времятоковой характеристики.

Таблица 1.1

Вид характеристики	α	β
Инверсная	0,02	0,14
Сильно инверсная	1,0	13,5
Чрезвычайно инверсная	2,0	80,0
Длительно инверсная	1,0	120,0

В дополнение к перечисленным стандартным времятоковым характеристикам в цифровых защитах для третей ступени может быть использована и специальная обратнозависимая характеристика RI-типа, предназначенная для согласования с характеристиками защит, основанных на электромеханических реле, например, таких как реле РТ-80. ХарактеристикаRI-типа описывается следующим математическим выражением:

t=k/(0,339 - 0,236I>/I).

(I.1.2)

На Рис. I.1.2 для наглядности и сравнения приведены все вышеупомянутые характеристики.

Рис. I.1.2 Времятоковые характеристики цифровых РЗА:

1 – инверсная; 2 – чрезвычайно инверсная; 3 – сильно инверсная;

4 – длительно инверсная; 5 –характеристика RI-типа.

Расчет максимальной токовой защиты заключается в выборе тока срабатывания защиты (первичного), тока срабатывания реле, времени срабатывания защиты (с независимой характеристикой) или вида характеристики срабатывания (для защиты с зависимой характеристикой).

1. Первая ступень защиты (Iср>>>) – токовая отсечка без выдержки времени. По условию селективности ток срабатывания отсечки выбирается большим максимального значения тока при коротком замыкании (к.з.) в конце защищаемого участка:

(I.1.3)

где K_н– коэффициент надежности, обеспечивающий надежное несрабатывание (отстройку) защиты путем учета погрешности реле с необходимым запасом, может приниматься равным 1,1…1,3.

Ток срабатывания реле первой ступени защиты

(I.1.4)

где K_сх– коэффициент схемы;

K_т.т– коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Тогда значение выставляемой уставки будет следующее:

(I.1.5)

где I_р.ном– номинальный (два значения) ток защиты от междуфазных замыканий, берется из технических данных устройства, может быть 1 или 5 А.

Первая ступень выполняется без выдержки времени. Ее время срабатывания (tср>>>) определяется собственным минимальным временем срабатывания устройства SPAC 801–01 и исполнительного органа, действующего на выключатель, в связи с этим отсечка срабатывает в течение времени .

2. Вторая ступень защиты (Iср>>) – токовая отсечка с выдержкой времени. Мгновенная отсечка защищает только часть линии; чтобы выполнить защиту всей линии с минимальным временем действия, применяется отсечка с выдержкой времени.

Ток срабатывания второй ступени защиты должен быть отстроен (выбран меньше) тока первой ступени:

(I.1.6)

где K_н2– коэффициент надежности для второй ступени, принимается меньшеK_н1.

Расчет и выбор тока срабатывания реле второй ступени защиты и значения выставляемой уставки аналогичен выбору данных параметров для первой ступени.

Время срабатывания (выдержка времени) второй ступени МТЗ выбирается из условия селективности защиты:

(I.1.7)

где t– ступень селективности, для устройстваSPAC801–01 принимается равнойс.

3. Третья ступень защиты (Iср>) – максимальная токовая защита. Третья ступень предназначена для резервирования защиты первой и второй ступеней и для защиты от перегрузки сети. Выполняется как МТЗ с независимой, так и с зависимой характеристикой времени срабатывания.

Ток срабатывания третьей ступени защиты

(I.1.8)

где K_н– коэффициент надежности, обеспечивающий надежное несрабатывание (отстройку) защиты путем учета погрешности реле с необходимым запасом, может приниматься равным 1,1…1,3;K_сзп– коэффициент самозапуска, определяемый конкретным видом нагрузки, получающей питание по защищаемой линии (1,0≤ K_сзп≤ 3,0);K_в– коэффициент возврата, для устройстваSPAC801,K_в= 0,96 [4];I_{раб.макс}– максимальный рабочий ток (ток нагрузки) защищаемого элемента.

Для МТЗ с независимой характеристикой срабатывания ток срабатывания реле третьей ступени защиты и выставляемая уставка выбираются аналогично предыдущим ступеням.

Для МТЗ с обратнозависимой характеристикой срабатывания необходимо произвести выбор временного коэффициента (k). Для его определения с учетом выбранной стандартной характеристики (чрезвычайно инверсная, сильно инверсная, инверсная, длительно инверсная характеристика) и вычисленного ранее тока срабатывания защиты по формулам (I.1.6) и (I.1.8) необходимо рассчитать время срабатывания защиты. Это время должно быть больше на ступень селективности t, чем время срабатывания второй ступени защиты (tср₂= tср>>):

(I.1.9)

Тогда на основании формулы (I.1.1) временной коэффициент получаем в виде

(I.1.10)